Ứng dụng Mạng Nơron sa thải phụ tải trong hệ thống điện: luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** LÊ TRỌNG NHÂN ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON SA THẢI PHỤ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đồng Nai, tháng 06 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** LÊ TRỌNG NHÂN ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON SA THẢI PHỤ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Đồng Nai, tháng 06 năm 2018 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Quyền Huy Ánh, người tạo điều kiện, động viên hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Bên cạnh đó, tơi muốn gửi lời cảm ơn đến NCS Lê Trọng Nghĩa, người hỗ trợ tơi nhiều suốt q trình thực luận án Cảm ơn quan, bạn bè, đồng nghiệp, tất cả, muốn gửi lời cảm ơn đến tất thành viên gia đình tơi, chia sẻ, động viên tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô truyền đạt cho nhiều kinh nghiệm kiến thức quý báu trình học tập nghiên cứu Xin cảm ơn PGS.TS Quyền Huy Ánh, NCS Lê Trọng Nghĩa hướng dẫn hỗ trợ tơi hồn thành luận văn Biên Hịa, ngày tháng Tác giả luận văn Lê Trọng Nhân năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Trong luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nêu phần tài liệu tham khảo Biên Hòa, ngày tháng Tác giả luận văn Lê Trọng Nhân năm 2018 TÓM TẮT LUẬN VĂN Các hệ thống điều khiển hệ thống điện đại có nhiệm vụ đảm bảo chất lượng điện tức giữ tần số hệ thống điện áp phạm vi cho phép Để thực việc này, điều tốc máy phát điều khiển để tăng công suất lên để phục hồi tần số ổn định điện áp điều khiển để giữ điện áp góp máy phát cần thiết Tuy nhiên, yêu cầu đảm bảo chất lượng điện vận hành khó khăn hệ thống điện có cố nguồn Do vậy, chương trình sa thải phụ tải sử dụng cách hiệu chống lại bất ổn tần số Sa thải phụ tải hệ thống điện trình phức tạp nhanh Các cố trình vận hành khơng thể đốn trước thời gian cần thiết để thực sa thải phụ tải phải ngắn Nếu việc sa thải thực nhanh, ngăn cản hệ thống bị điện hoàn toàn rã lưới liên kết Ngày kỹ thuật sa thải phụ tải tần số thấp (UFLS) thơng thường khơng thích hợp cho hệ thống điện lớn phức tạp Các kỹ thuật tính tốn sa thải phụ tải thông minh hầu hết tập trung vào việc nghiên cứu thời điểm sa thải phụ tải số lượng phụ tải sa thải Các nghiên cứu cho khía cạnh vị trí sa thải phụ tải hạn chế Luận văn trình bày phương pháp sa thải phụ tải theo khoảng cách điện áp sở ứng dụng mạng nơron Hiệu chương trình sa thải phụ tải đề xuất so với phương pháp sa thải phụ tải thông thường phương pháp sa thải phụ tải theo thuật toán AHP giảm lượng sa thải phụ tải, giảm thời gian phục hồi tần số, giảm thời gian tăng giá trị phục hồi điện áp kiểm chứng sở phân tích kết mơ với hệ thống điện IEEE 39 góp 10 máy phát MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC BẢNG xi CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Nội dung thực 1.5 Phương pháp thực 1.6 Ý nghĩa khoa học giá trị thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu 2.2 Tổng quan kết nghiên cứu 2.2.1 Các phương pháp sa thải phụ tải áp dụng 2.2.2 Kỹ thuật sa thải phụ tải truyền thống 2.2.2.1 Sa thải sa thải phụ tải tần số (UFLS) 2.2.2.2 Sa thải sa thải phụ tải điện áp (UVLS) 2.2.2.3 Khuyết điểm kỹ thuật sa thải sa thải phụ tải truyền thống 10 2.2.3 Kỹ thuật sa thải phụ tải thích nghi 11 2.2.4 Các kỹ thuật sa thải phụ tải thông minh ILS 12 2.2.4.1 Mạng nơron nhân tạo (artificial neural netwwork - ANN) 12 2.2.4.2 Điều khiển lôgic mờ (fuzzy logic control - FLC) 14 2.2.4.3 Hệ thống suy luận nơron thích nghi mờ (ANFIS) 14 2.2.4.4 Thuật toán di truyền (generic algorithm - GA) 15 2.2.4.5 Tối ưu hóa phần tử bầy đàn (particle swarm optimization - PSO) 15 2.2.4.6 Ưu điểm nhược điểm kỹ thuật STPT thông minh 16 2.2.5 Nhận xét 17 CHƯƠNG MẠNG NƠ-RON 20 3.1 Khái niệm 20 3.2 Cấu trúc mạng nơ-ron nhân tạo 20 3.3 Mơ hình tốn mạng nơ-ron nhân tạo 21 3.4 Phân loại mạng nơ-ron 25 3.4.1 Mạng nơ-ron truyền thẳng lớp 27 3.4.2 Mạng nơ-ron truyền thẳng nhiều lớp 27 3.4.3 Mạng nơ-ron hồi quy (GRNN) 28 3.5 3.4.3.1 Ứng dụng GRNN 28 3.4.3.2 Cách huấn luyện GRNN 28 3.4.3.3 Cấu trúc mạng nơ-ron GRNN 28 3.4.3.4 Ưu điểm GRNN 29 Các luật học 29 3.5.1 Học có giám sát (supervised learning) 30 3.5.2 Học củng cố hay cịn gọi học có tăng cường 31 3.5.3 Học khơng có giám sát (unsupervied learning) 31 3.6 Mạng nơ-ron truyền thẳng nhiều lớp với thuật toán lan truyền ngược 33 3.6.1 Cấu trúc mạng nơ-ron truyền thẳng nhiều lớp 33 3.6.2 Mô hình nơ-ron (tansig, logsig, purelin) 34 3.6.3 Thuật toán lan truyền ngược 35 3.6.4 Giải thuật Levenberg – Marquardt (trainlm) 36 3.7 Đánh giá độ xác nhận dạng 37 CHƯƠNG SA THẢI PHỤ TẢI THEO KHOẢNG CÁCH ĐIỆN ÁP 38 4.1 Khoảng cách điện theo điện áp 38 4.2 Xây dựng chương trình sa thải phụ tải 39 4.3 Nhận dạng cố theo phương pháp ANN 41 4.4 Kiểm tra thử nghiệm hệ thống IEEE 39 góp 10 máy phát 46 4.4.1 Hệ thống điện IEEE 39 góp 10 máy phát New England 46 4.4.2 Trình tự xây dựng chương trình STPT sử dụng mạng nơ-ron ANN 47 4.4.3 Tạo sở liệu cố 48 4.4.4 Tính tốn khoảng cách điện theo điện áp 49 4.4.5 Xây dựng tập mẫu học, xác định biến đầu vào biến đầu 51 4.4.6 Chia tập liệu 52 4.4.7 Huấn luyện đánh giá độ xác sau huấn luyện 53 4.5 So sánh với phương pháp sa thải phụ tải khác 53 4.5.1 So sánh với phương pháp STPT dùng relay sa thải tần số thấp 54 4.5.2 So sánh với phương pháp sa thải dựa thuật toán AHP 56 4.5.3 Phương pháp sa thải phụ tải theo khoảng cách điện áp 58 4.5.4 Nhận xét 59 4.5.4.1 Tần số 59 4.5.4.2 Điện áp 61 CHƯƠNG KẾT LUẬN 64 5.1 Kết luận 64 5.2 Hướng nghiên cứu phát triển 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU df/dt Tỉ lệ suy giảm tần số fbus Độ thay đổi tần số bus PG Độ thay đổi công suất máy phát Vbus Độ sụt điện áp bus Pbranch Độ thay đổi công suất phân bố đường dây truyền tải Pload Độ thay đổi công suất tải DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt AHP Tiếng Anh Tiếng Việt Giải thuật AHP – Quá trình Analytic Hierarchy Process phân tích hệ thống phân cấp Adaptive Neuro Fuzzy Inference Hệ thống suy luận nơ-ron ANFIS ANN ERCOT FLC FRCC GA GRNN System thích nghi mờ Artificial Neural Network Mạng nơ-ron nhân tạo Electric Council of Hội đồng điện tin cậy Texas Texas Fuzzy Logic Control Bộ điều khiển logic mờ Florida Reliability Coordinating Hội đồng điều phối độ tin cậy Council Florida generic algorithm Thuật toán di truyền Generalized Regression Neural Mạng nơ-ron hồi quy tổng Network Institute IEEE Reliability quát of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ nghệ Điện Điện tử ILS Intelligent Load Shedding MAAC Mid Atlantic Area Council PSO particle swarm optimization Tối ưu hóa phần tử bầy đàn UFLS Under Frequency Load Shedding Sa thải phụ tải tần số thấp UVLS Under Volt Load Shedding Sa thải phụ tải điện áp thấp STPT Sa thải phụ tải thơng minh Kiểm sốt khu vực Đại Tây Dương Sa thải phụ tải ... phụ tải thông thường (truyền thống) , kỹ thuật sa thải phụ tải thích nghi kỹ thuật sa thải phụ tải thông minh [1] Tổng quan kỹ thuật sa thải phụ tải trình bày hình 2.1 Các kỹ thuật sa thải phụ tải. .. Các phương pháp sa thải phụ tải áp dụng 2.2.2 Kỹ thuật sa thải phụ tải truyền thống 2.2.2.1 Sa thải sa thải phụ tải tần số (UFLS) 2.2.2.2 Sa thải sa thải phụ tải điện áp (UVLS)... thải phụ tải truyền thống Kỹ thuật sa thải phụ tải phụ tải truyền thống gồm hai loại: sa thải phụ tải tần số (UFLS) sa thải phụ tải điện áp (UVLS) 0.2.2.1 Sa thải sa thải phụ tải tần số (UFLS)